Kandungan pakar arkib: teks dan formula yang diimbas mengekalkan akaun teori sejarah, tetapi bukan kajian geoteknikal, projek tembok penahan, pengiraan kestabilan, penilaian dinding sedia ada, pelan penggalian atau arahan pelaksanaan. Tekanan bumi dan air bergantung pada tanah tertentu, stratifikasi, pemadatan, saliran, air bawah tanah, geometri, pergerakan dinding, beban tambahan, fros dan tindakan seismik. Untuk setiap kes sebenar, kerja penyiasatan, data makmal, piawaian yang sah dan pemeriksaan bersama oleh jurutera geoteknikal dan struktur yang diberi kuasa diperlukan.

Hari ini, Savo Kusić tertumpu pada tingkap kayu, tingkap kayu-aluminium, tingkap tersuai, pintu dan permintaan untuk sebut harga. Artikel ini kekal sebagai arkib sejarah dan tidak mewakili tawaran reka bentuk geoteknikal, pengiraan atau pembinaan tembok penahan.

Tekanan bumi pada dinding penahan

Jisim bumi yang disokong oleh dinding penahan memberikan tekanan ke atasnya, cenderung untuk menolaknya secara translasi ke hadapan (rajah 1a) atau menolaknya (rajah 1b). Magnitud tekanan bumi E bergantung kepada beberapa faktor, antaranya sifat fizikal tanah yang paling penting, ubah bentuk dinding, kelembapan tanah dan keadaan air bawah tanah, ketinggian dinding, beban luaran dan kekasaran permukaan dalaman dinding.

Skim anjakan translasi dan terbalikkan tembok penahan di bawah tindakan tekanan bumi

Imej 1 — pergerakan translasi dan putaran dinding penahan.

Tekanan bumi dalam keadaan rehat

Jika dinding penahan adalah tegar dan tidak boleh bergerak, tekanan yang bertindak ke atasnya dipanggil tekanan bumi semasa diam dan dilambangkan dengan E0. Ini adalah tepat tekanan yang berlaku dalam tanah yang tidak terganggu pada kedalaman yang diperhatikan, di bawah pengaruh berat tanah itu sendiri dan mungkin pramuatan lapisan yang terhakis sebelum ini. Tekanan bumi semasa diam jarang berlaku dan hanya berlaku dalam kes tertentu, seperti dengan dinding penahan yang diasaskan dalam batu pepejal, kemudian dengan profil tertutup terowong dan paip, dan dengan dok besar-besaran, yang tidak bergerak sepenuhnya (Gamb.2).

Skim tekanan bumi dalam keadaan rehat pada dinding sisi dok besar

Gambar2— merehatkan tekanan bumi pada dok besar.

Tekanan bumi aktif

Jika dinding penyokong di bawah tindakan tekanan E bergerak ke hadapan atau berputar di sekitar titik kaki A, atau beberapa titik yang lebih rendah, yang merupakan kes biasa dalam tanah boleh mampat, dengan pengecualian struktur tertutup dan besar yang disebutkan di atas, maka jisim bumi di belakang dinding mengembang. Jika pergerakan dinding cukup besar, sebahagian tanah di belakang dinding, prisma ABCA, terputus dan menggelongsor ke bawah permukaan gelongsor AC (rajah.2). Tekanan yang dikenakan oleh prisma gelongsor pada dinding penahan dipanggil tekanan bumi aktif dan dilambangkan dengan Ea. Tekanan ini jauh lebih rendah daripada tekanan semasa rehat, lebih kurang0,5kepada0,7_E0_. Disebabkan oleh gelongsor prisma bumi ABCA, tegasan ricih τ diaktifkan di sepanjang permukaan gelongsor yang terbentuk AC, yang menentang gelongsor dan mengurangkan tekanan bumi. Pada saat prisma ABCA mula menggelongsor, tegasan ricih τ mencapai nilai tertingginya, yang bermaksud bahawa pada masa itu nilai tekanan bumi aktif E adalah yang terkecil. Oleh itu, Ea ialah nilai had bawah tekanan bumi.

Ujian Terzaghi terhadap tekanan bumi dengan bahan pasir pada dinding ketinggian h=1,50 mmenunjukkan bahawa untuk mencapai nilai had bawah tekanan bumi aktif Ea, min anjakan mendatar dinding Δl daripada5/10.000ketinggian dinding atau putaran bahagian atas dinding Δl of1/5.000_h_ keliling kaki A.

Tekanan bumi pasif

Jika kita memberi tekanan pada dinding dari luar ke arah dalam tanah (rajah 3), dinding akan bergerak ke belakang dan tanah akan padat. Apabila pergerakan dinding mencapai nilai tertentu Δl, prisma tanah ABCA akan terpisah dari tanah, yang akan ditolak ke atas oleh permukaan gelongsor AC di bawah tindakan selanjutnya daya luar. Rintangan yang diberikan oleh tanah terhadap tindakan daya luar pada saat pemisahan prisma ABCA ialah tekanan bumi pasif Ep. Ia adalah nilai had atas tertinggi yang boleh dicapai oleh tekanan bumi.

Tekanan bumi dalam keadaan diam ditentukan secara eksperimen, manakala tekanan bumi aktif dan pasif boleh ditentukan secara pengiraan, menggunakan kaedah analitik atau grafik, dan berdasarkan pengetahuan tentang ciri-ciri fizikal tanah, biasanya ditentukan melalui kaedah makmal.

Skim tekanan bumi pasif dan daya angkat prisma gelongsor di belakang dinding penahan

Rajah 3 — tekanan bumi pasif dan prisma gelongsor.

Penting untuk aplikasi: keadaan aktif, pasif dan melahu tidak dipilih hanya dengan nama struktur. Pergerakan dinding yang dibenarkan, tegasan berkesan, keadaan bersaliran atau tidak bersaliran, paras air bawah tanah dan perubahan, beban tambahan dan potensi kehilangan tanah di hadapan dinding mesti ditunjukkan. Pilihan keadaan tekanan yang salah boleh menjejaskan kestabilan terhadap gelongsor, terbalik, kapasiti galas tanah dan kekuatan dinding.

Penentuan pekali tekanan rehat K0

Dalam kes apabila dinding penahan terdedah kepada kesan tekanan statik, tekanan statik E0, yang lebih besar daripada tekanan bumi aktif, hendaklah diguna pakai untuk pendimensian dinding penahan. Saiznya adalah antara tekanan bumi aktif dan pasif, bergantung pada jenis tanah dan pemadatannya.

Pada kedalaman t di bawah permukaan tanah, tekanan menegak daripada berat tanah sendiri ialah σt = γ·t. Jika tiada kemungkinan pengembangan sisi tanah, tekanan mendatar σh = γ·t·K0, di mana K0 = σh/σt.

K0 ialah tekanan rehat. Pekali tekanan rehat boleh ditentukan oleh ujian triaksial dengan cara berikut.

Sampel tanah tidak terganggu yang diambil dari kedalaman tekanan rehat diletakkan di dalam radas triaksial, di mana tekanan sisi σ3 apabila dikenakan beban menegak σ1 dilaraskan supaya ubah bentuk sisi tidak berlaku, iaitu ubah bentuk sisi sama dengan sampel sifar, iaitu. Nilai voltan berkesan σ’1 dan σ’3 digunakan pada rajah σ’1 – σ’3 (rajah 4_ digunakan pada rajah σ’1 – σ’3 (rajah 4_) dan garis bahagian lurus bagi tangen yang diperolehi adalah nilai K0 = σ’3/σ’1.

Rajah tegasan utama yang berkesan untuk menentukan pekali tekanan rehat dengan ujian triaksial

Rajah 4 — penentuan pekali K__0 tekanan rehat melalui ujian triaksial.

Menurut Petermann, nilai anggaran pekali tekanan rehat ialah

untuk pasir padat K0 = 0,40 – 0,45

untuk pasir gembur       K0 = 0,45 – 0,50

untuk tanah liat K0 = 0,60 – 0,75

Nilai makmal: Anggaran julat di bawah kekal sebagai sebahagian daripada teks asal, tetapi bukan pengganti untuk menguji sampel perwakilan, model geologi dan nilai reka bentuk. Notasi OCR bagi formula, indeks dan apostrof mesti disemak terhadap sumber yang berwibawa sebelum sebarang pengiraan.

Kaedah menentukan tekanan bumi aktif — teori Coulomb

Coulomb adalah yang pertama menerbitkan teori tekanan bumi (1770 tahun), berdasarkan pengalaman lapangan. Dia memandang tembok penahan yang menyokong tanah yang gembur. Pada satu ketika dia mengeluarkan dinding, di mana jisim bumi menggelongsor di sepanjang permukaan gelongsor AC, condong pada sudut a dengan mengufuk (rajah 5). Berat W prisma bumi gelongsor ABC, dibatasi oleh permukaan rupa bumi BC, permukaan gelongsor AC dan dinding penahan AB, bertindak serentak pada dinding penahan dan pada permukaan gelongsor. Magnitud tekanan bumi aktif Ea ditentukan oleh Coulomb di bawah dua andaian berikut:

  1. bahawa permukaan gelongsor adalah permukaan sebenar;

  2. bahawa tiga daya bertindak: berat prisma gelongsor W, rintangan dinding penyokong Ea dan rintangan geseran Q sepanjang permukaan gelongsor AC bersilang pada satu titik, yang bermaksud bahawa satah daya ditutup. Mengikut andaian ini, dalam keadaan keseimbangan had berat W serentak dibatalkan oleh rintangan dinding penyokong Ea dan rintangan geseran Q sepanjang permukaan gelongsor.

Prisma gelongsor Coulomb di belakang dinding dan pelan berat, geseran dan daya tekanan bumi aktif

Rajah 5 — penentuan tekanan bumi aktif mengikut teori Coulomb.

Andaian sebelumnya tidak sesuai dengan realiti. Permukaan gelongsor bukanlah permukaan yang lurus tetapi permukaan yang melengkung. Persilangan tiga daya bertindak hanya wujud dalam satu kes, apabila permukaan rupa bumi di belakang dinding adalah mendatar, permukaan dalaman dinding adalah menegak dan arah daya Ea adalah mendatar, manakala ia tidak wujud dalam kes-kes yang lain. Walau bagaimanapun, walaupun penyimpangan ini, penentuan tekanan bumi aktif masih berdasarkan teori Coulomb, kerana ia telah terbukti boleh digunakan secara praktikal dalam banyak kes.

Untuk menentukan tekanan bumi aktif Ea Coulomb mengandaikan bahawa disebabkan oleh kesan berat jisim bumi W terdapat pergerakan dinding penyokong dan pembentukan prisma ABC tekanan bumi aktif. Dengan mengandaikan bahawa rintangan dalaman tanah hanya terdiri daripada geseran. Coulomb menguraikan berat W kepada dua komponen, satu ke arah daya tekanan bumi aktif Ea, satu lagi ke arah rintangan geseran terhasil Q di sepanjang permukaan gelongsor (rajah.5b). Dengan berbuat demikian, Coulomb selanjutnya menganggap bahawa komponen bertindak pada sudut geseran dalaman dengan normal ke permukaan gelongsor AC, dan komponen Ea bertindak pada sudut sisihan δ dengan normal ke permukaan dalaman dinding AB. Daya W ditentukan oleh arah, magnitud, dan arah.

Untuk permukaan gelongsor tertentu pada sudut α dengan mengufuk, daya W diperoleh daripada permukaan prisma tanah ABC untuk panjang1,0 mberserenjang dengan pelan dan berat tanah isipadu γ, W=AΔABC x1,00x γ. Daya Ea dan Q diketahui mengikut arah. Berdasarkan rancangan daya (Gamb.5b) dan teorem sinus yang kita ada:

Formula imbasan diperoleh dengan menggunakan teorem sinus pada satah daya

Skim kotak khas dinding penahan dengan rupa bumi mendatar dan satah daya

Rajah 6 — kes persilangan daya bertindak pada satu titik.

Borang ini betul hanya dalam kes apabila rupa bumi adalah mendatar (v=0), permukaan dalaman dinding adalah menegak (θ=0) dan arah daya Ea adalah mendatar (δ=0) i. 6).

Untuk kes yang dipanggil Rankin khas ini kami ada:

Formula tekanan bumi aktif yang diimbas untuk sarung Rankine khas

Berat W dalam kes ini W = 0.5·γ·h_2/tg_α, dengan γ ialah berat isipadu tanah.

Jika kita memperkenalkan nilai sebelumnya ke dalam persamaan untuk Ea, kita dapat:

Terbitan imbasan formula untuk tekanan bumi aktif sebagai fungsi sudut permukaan gelongsor

Persamaan sebelumnya merujuk kepada permukaan gelongsor arbitrari AC. Walau bagaimanapun, adalah perlu untuk menentukan daya Ea untuk permukaan gelongsor kritikal, iaitu yang paling mungkin berlaku gelongsor. Ia akan menjadi permukaan yang memberikan nilai tertinggi tekanan bumi aktif maks Ea.

Untuk ketinggian dinding tertentu H dan menggunakan sudut malar geseran dalaman ϕ, nilai tekanan bumi aktif berbeza-beza mengikut sudut kecondongan α permukaan gelongsor ke mendatar. Nilai maks Ea akan diperoleh jika kita membezakan Ea dengan α dan menetapkan pembezaan sama dengan sifar:

Prosedur matematik yang diimbas untuk menentukan sudut genting dan pekali tekanan bumi aktif

Formula bukan kalkulator: persamaan yang diimbas mungkin mempunyai eksponen, indeks, sudut dan tanda yang tidak boleh dibaca. Mereka tidak disalin ke dalam projek tanpa perbandingan dengan sumber pakar yang boleh dipercayai, pemeriksaan unit, andaian model dan kawalan bebas terhadap keputusan. Pengiraan mesti termasuk air, saliran, beban di sepanjang mahkota dinding, tindakan seismik dan semua kes had yang berkaitan.

Penentuan sudut ϕ dan δ

Sudut geseran dalaman ϕ ditentukan di makmal. Saiznya bergantung kepada jenis tanah, kelembapan dan pemadatan. Untuk jenis tanah tertentu, nilai sudut ϕ biasanya berjulat dalam had yang diberikan dalam jadual 1.

Jadual sejarah anggaran sudut geseran dalaman untuk batu hancur, kerikil, pasir, loam, loes dan tanah liat

Jadual 1 — nilai anggaran sudut geseran dalaman ϕ untuk jenis tanah tertentu.

Sudut sisihan δ daya Ea dari normal ke permukaan dalam dinding bergantung kepada ubah bentuk dinding dan tanah di belakangnya dan pada kekasaran permukaan dalam dinding. Jika penempatan tanah lebih besar daripada penempatan dinding, yang merupakan kes yang paling biasa, maka sudut δ adalah positif, geseran antara dinding dan tanah bertindak ke atas. Jika penempatan dinding lebih besar daripada penempatan tanah, yang merupakan kes luar biasa, maka sudut δ adalah negatif, geseran antara dinding dan tanah bertindak ke bawah. Nilai had sudut δ adalah untuk permukaan dinding yang licin sepenuhnya δ=0, untuk yang kasar sepenuhnya δ=ϕ. Secara umum, δ=2/3_ϕ_ diterima pakai, dengan fakta bahawa tanah dinding dilindungi secara kekal daripada pembasahan yang kuat. Jika tanah di belakang dinding terdedah kepada gempa bumi yang kuat, δ=ϕ/2 diterima pakai, dan jika ia sangat basah δ=0.

Nilai reka bentuk sudut: nilai jadual dan deskriptif ϕ dan δ tidak digunakan secara langsung pada lokasi tertentu. Pilihan parameter mesti sepadan dengan jenis dan keadaan tanah, kaedah pemasangan dan pemadatan, saliran, pergerakan dinding yang dijangkakan, kekasaran sentuhan dan pendekatan projek yang berkaitan.

Pengagihan tekanan bumi di belakang dinding dan titik serangan daya Ea

Skim permukaan gelongsor dan taburan tekanan segi tiga apabila dinding berputar di sekeliling kaki

Rajah 7 — pengagihan tekanan bumi semasa putaran dinding penahan di sekeliling titik kaki A.

Taburan tekanan bumi di sepanjang permukaan dalam dinding bergantung kepada ubah bentuk dinding penahan, pada bentuk permukaan tanah di belakang dinding dan pada bentuk permukaan dalam dinding.

Titik serangan tekanan bumi aktif Ea bergantung pada taburan tekanan di sepanjang permukaan dalaman dinding dan pada bentuknya. Ia sentiasa berada pada ketinggian pusat graviti permukaan rajah tekanan.

Coulomb menerima pakai bahawa tekanan bumi di belakang dinding meningkat secara linear dengan kedalaman, seperti dengan air, yang dipanggil. taburan hidrostatik tekanan bumi (rajah 7). Walau bagaimanapun, taburan tekanan hidrostatik hanya wujud dalam kes apabila dinding berputar di sekeliling kaki A atau beberapa titik yang lebih rendah, manakala dalam semua kes lain ia menyimpang daripadanya.

Jika dinding penahan berputar mengelilingi titik kaki A, atau beberapa titik bawah, tanah akan bergerak ke bawah (rajah 7a), sementara tiada tolakan ke arah bahagian dalam tanah. Dalam kes ini, gelongsor tanah muncul pada permukaan yang mempunyai rintangan paling sedikit M1C1, M2C2… selari dengan permukaan gelongsor AC, yang berlaku apabila putaran dinding gelongsor cukup besar ABCA.

Oleh itu, dalam kes ini, tekanan meningkat secara berkadar dengan kedalaman, iaitu taburan tekanan bumi adalah mengikut hidrostatik Coulomb. Gambar rajah tekanan bumi aktif akan diperolehi berdasarkan pengetahuan daya Ea dan ketinggian dinding h, kerana daya Ea adalah sama dengan luas rajah tekanan abc (Gamb.7b):

Ea=x·h/2, dari mana x=2Ea/h,

iaitu sejak Ea = ½ γh2Ka, x = γhKa.

Skim pengagihan tekanan aktif dan pasif apabila memutar dinding di sekeliling titik atas atau lebih tinggi

Gambar8— pengagihan tekanan bumi apabila dinding berputar mengelilingi bahagian atas B atau beberapa titik L yang lebih tinggi.

Jika dinding penyokong berpusing mengelilingi bahagian atas dinding B atau beberapa titik yang lebih tinggi L (rajah.8a), terdapat tolakan di bahagian atas ke arah bahagian dalam tanah, yang akibatnya ditolak ke atas di sepanjang permukaan yang paling sedikit rintangan M1C1, M2C2…

Pada putaran dinding yang cukup besar, permukaan gelongsor AC terbentuk, di mana prisma gelongsor meluncur ke bawah semasa penyemperitan. Disebabkan oleh tolakan tanah di bahagian atas, tekanan bumi pasif muncul, yang jauh lebih tinggi daripada yang aktif, dan di bahagian itu gambar rajah tekanan bd sepadan dengan tekanan pasif Ep (rajah 8b). Oleh kerana jumlah tekanan bumi Ea bergantung pada saiz prisma bumi ABCA dan sama dengan permukaan segi tiga rajah tekanan abe, rajah ini akan berkurangan dalam laluan seterusnya, sehingga permukaannya menjadi sama dengan permukaan segi tiga abe. Gambar rajah tekanan sebenar dalam kes ini ialah curvilinear bc, yang tidak boleh ditentukan secara matematik. Walau bagaimanapun, pusat graviti S permukaan rajah ac berada di atas pusat graviti permukaan rajah segi tiga, yang kurang sesuai untuk kestabilan dinding penahan, kerana titik serangan daya Ea adalah lebih tinggi. Menurut Terzaghi, ia terletak pada separuh ketinggian dinding sokongan.

Jika dinding penyokong digerakkan ke hadapan dalam terjemahan (rajah 9a), tekanan yang sebelum pergerakan itu sepadan dengan tekanan bumi dalam keadaan rehat E0 berkurangan, di mana permukaan rintangan yang lebih rendah tidak kelihatan, tetapi apabila dinding itu bergerak dengan cukup besar, _ AC_BCA tercipta di sepanjang permukaan bumi yang gelongsor. meluncur ke bawah. Oleh kerana jumlah tekanan adalah sama dengan kawasan segi tiga rajah tekanan abe (rajah 9b), gambar rajah tekanan akan berkurangan dalam perjalanan selanjutnya. Gambar rajah tekanan sebenar ialah garis lengkung ac, yang tidak boleh ditentukan secara matematik. Menurut Terzaghi, pusat graviti S berada pada ketinggian 0,40 – 0,45_h_.

Skim taburan tekanan lengkung semasa pergerakan translasi ke hadapan dinding penahan

Rajah 9 — taburan tekanan bumi semasa pergerakan translasi dinding penahan ke hadapan.

Memandangkan kaedah menentukan tekanan bumi sebagai nilai ekstrem, terbesar untuk aktif dan paling kecil untuk pasif, teori Coulomb dianggap sebagai kaedah ekstrem untuk menentukan tekanan bumi.

Nota kejuruteraan akhir: taburan dan titik serangan tekanan bergantung pada cara sebenar struktur itu berubah bentuk. Sebagai tambahan kepada tekanan bumi, tekanan saliran dan hidrostatik, kestabilan global dan dalaman, gelongsor, anjakan, galas dan penempatan tanah, kekuatan dinding dan asas, hakisan, larut lesap, fasa penggalian dan kestabilan sementara mesti diperiksa. Keadaan dinding sedia ada yang menunjukkan pergerakan, retak, membonjol atau kebocoran air yang tidak terkawal memerlukan penilaian profesional segera.